美国的科学机构曾断言：大气中CO₂浓度的迅速上升不久将导致史无前例的全球性气候转热，这种气候灾祸会带来各种不利的后果。然而，对CO₂“温室效应”的深入研究表明，这种理论是徒有虚名，其实不然，用它所作的预测同自然界的实际情况恰巧背道而驶。几十年来所做过的数百次可靠的农业试验无可置疑地证实：大气CO₂浓度的增加对农业是一大恩赐，农作物的产量将大幅度地提高。所以，它带给人类的应是一个福音，而绝非是大众报刊经常诅咒的对象。

“CO₂的浓度向上翻一番，全球的平均气温将升高3℃，”科学机构目前的这种预言究竟可靠到何种程度呢？笔者斗胆冒昧地提出：这种预言是完全错误的。试看下面的论证。

这里不妨可拿金星来说明。因为NRC（美国国家科学研究协会）和EPA（美国环境保护局）的报告都声称金星为温室理论的正确性提供了基本的证据，金星的情况证实了“温室效应的存在、性质及其量级。”

果然不错，金星是一颗很热的星球，其表面温度比地球高出400℃左右，而且它的大气中有97%的气体是纯CO₂。这二种因素的结合正是构成NRC和EPA上述观点的基础。

可是，必须看到，除开这二种因素外，还有其他的因素也在起作用。首先，金星离太阳的距离较之地球离太阳的距离要近得多。这个事实可以权且不去考虑。然而，不容回避的另一个事实是，金星的大气密度要比地球的大气密度大二个数量级。因此，金星的CO₂比地球的CO₂高出30万倍左右。这样，即使我们把金星与地球之间的400℃温差全部归因于金星上超过的CO₂所致（注意，这本身是一种很不完整的假定，因为水汽在金星的温室效应上同样有着重要的作用），那么也很明显，“每单位地球量”的CO₂只能使气温升高1/1000℃。所以，根本不可能像NRC和EPA报告说的，地球的平均温度将升高3°C左右，因为这把1/1000°C的温升提高了3000倍，实在难以置信！

NRC的报告还引用了V. Ramanathan. 等人的一项计算。那项计算认为，CO₂浓度从300 ppm增至600 ppm时，返回大地表面的热辐射的通量将增加4 Wm^-2（0.02 Btu^-1）。事实上，NRC的报告发表前十个月，Ramanathan等人早已著文修正了这个数字。修正后的数字降低到0.55 Wm^-2（0.003 Bhr^-1），原因是考虑了所谓的水汽连续吸收效应。而正是这一点，对确定大气热辐射的性质至关重要，但可惜被以前所有研究CO₂对气候影响的模型所忽视了。更使人震惊

的是，返回的热辐射通量不仅大幅度降低，而且沿纬度方向的分布也不同。据发现，大气CO₂浓度翻倍后，北纬20°到南纬20°之间大地表面接收的返回热辐射通量仅为0.1 Wm^-2（0.005 Btu^-1）。

逆温室效应

这一发现具有十分惊人的重要意义。它说明，CO₂浓度的升高虽可增加返回地表的热辐射通量，但同时也可减少大地吸收的太阳能辐射通量。一些研究人员已经证实，太阳辐射通量的降低在各个纬度都相当恒定，约为0.2 ~ 0.3 Wm^-2（0.0010 ~ 0.0016 Btu^-1）。所以，可以理解，CO₂在地表的很多地方实际起着一种逆温室效应的作用，即，使得地球的气温反而下降。假定以CO₂浓度翻倍时太阳辐射减少0.2 Wm^-2（0.001 Btu^-1）的保守数字为准，笔者的计算结果是，40%以上的地球表面（位于北纬23.6° ~ 南纬23.6°之间）接收到的净辐射能实际是减少了。

地球其他部分的情况又如何呢？在南极地区，看来通常的温室效应确实将压倒它的逆效应，但在北极高纬度地区，情况可能相反。这种乐观出自二个原因。其一是同科学界近来认识到的浩瀚的北极雾现象有关。据信，这种北极雾是北半球的工业活动所引起。每年的秋天，空气中悬浮的烟尘颗粒污染物便开始流向北极地区，到翌年的三、四月份达到顶峰浓度。北极雾覆盖了整个北极的冰冠，直径可达5000公里，几乎相当于全北美洲。它很稠密，通常连绵不断高达3000米，3000米以上至7000米处成雾层状。

第二个因素是对流层里存在着气溶胶。这些气溶胶有其自己的温室效应，可能同北极雾一起抵消着该区域内CO₂的温室效应。笔者近20年来的广泛研究发现，对流层里的颗粒污染物虽可显著减少照到地表的太阳辐射通量，但始终使对流层吸收到更多的热辐射通量，尤其是以24小时计算。所以，由于近百年来北极雾不断伸展，极可能已经有效地“关闭了”CO₂行施温室效应要通过的所谓电磁波谱的大气窗户，故明显降低了CO₂行施温室效应的能力。这里必须说明，最后一点是一种推测。

理论与现实的距离

NRC和EPA的报告都认为，研究CO₂引起的气候变化最好是从高北纬地带开始。因为他们声称那里的气温升高比地球的平均气温升高大好几倍。应用他们的预测理论，北纬23.6°到90°区域的温升应该是地球平均温升的2.88倍左右。根据1980年的测定，当年大气CO₂的浓度为336 ppm；又根据对数百年前被捕集在冰窟中心里空气的测定，1880年大气CO₂的浓度可能为265 ppm。若用NRC报告中的计算式子，地球在这100年里的平均温升应是1.03℃。由此，北纬23.6°到90°区域在这100年里的温升应是2.88×1.03°C（即3°C左右）。

可是，这种预测同大自然的证据是否吻合呢？据史料表明，上述区域在百年里的温升实际仅0.3℃左右，比NRC的预测整整少了一个数量级。由此看来，气候对CO₂的敏感性实际上比气候模型的预测要小得多。这同笔者另一篇论文（载于1980年《科学》杂志）所述完全一致。

Ramanathan和他的同事在解释现实与预测不符时认为，原因之一是由于其他因素的影响可能产生着一种“补偿冷却”作用。其实又何至于此！1940年至1980年的40年间，北纬地带的平均气温下降了约0.4°C。从CO₂和北极雾伴随聚集的情况看，这正是人们可以预料的。也许，北极地带的温升最初是比地球其他地带快得多，但当CO₂产生温室效应必须通过的大气窗户近乎被北极雾关闭时，情况就有了惊人的逆转。此时，随着CO₂浓度的继续增加，它的逆温室效应就占了上风。CO₂浓度的进一步上升非但不能增加返回地表的热辐射量，反会继续显著降低照到大地的太阳辐射量。

B. Choudhury等人1979年于《自然》杂志上发表的一项模型研究报道说，“CO₂可以明显减少雪和水表面吸收的短波能，若得不到返回大地的热辐射及时补偿，就会减缓雪的重新结晶和大块浮冰的消融。这时，CO₂只是起到冷却作用而非加温作用。”他们还得出结论说，在这种情况下，“CO₂浓度的增加可能会导致冰雪季节的延长。”这当然同NRC的预测刚好相反，但同卫星对北半球季节性积雪变化的观察结果却正好一致。据K. F. Dewey等人最近报道说，“从1966年至1980年，北半球、欧亚大陆和北美洲的积雪覆盖面积普遍扩大，扩大的面积约300万公里。”

CO₂对河川流量的影响

前面提到，NRC认为，CO₂浓度翻倍时，美国西部主要河川的排水量将减少40 ~ 75%。这是根据气温将上升2°C和雨水将减少10%的预测而计算的。这里且不说丝毫没有理由去相信这种预测，即使这些情况真的出现了，也还有另一种因素是同NRC的预测背道而驰的。

毋庸置疑，NRC二氧化碳评价委员会关心的不是CO₂浓度变化的本身，而是气候变化这一范围更广的课题。但笔者认为，即便如此，这种考虑还是太狭窄，缺乏远见。若是通盘考虑环境的变迁，那就好得多。因为CO₂不仅影响到气候变化，还影响到其他自然现象以及许许多多的生物过程。这些生物过程本身又是同许多自然现象有着千丝万缕的联系。

CO₂对河川流量的影响便是很好的一例。河川流量一般取决于径流量的多少，径流量相等于降水量减去蒸散量。NRC的报告认为，“蒸散置只受到温度的控制。”看来，没有比这更远离事实真相的了，特别是当CO₂的浓度翻一番时。

众所周知，大气中的CO₂是防止水分蒸发的最佳物质之一。CO₂浓度上升会造成植物叶孔的部分闭合。这方面已有大量的文献报道。我们曾对18种不同的植物进行过46次观察，CO₂浓度从300 ppm增至600 ppm时，植物的水分蒸发平均减少34%。A. R. Aston做了模型研究后，最近下结论说，“大气CO₂浓度翻一番，河川流量可望增加40 ~ 90%。”

CO₂的生物效应

综观一百多年来的数百次实验结果，CO₂浓度增加会带来下面这些生物效应：

· 植物的叶面积增加。 · 叶子每单位面积的干重量增强。 · 植物分枝的数目增多。

· 植物果实的数目增多。 · 植物的果实变大。 · 每颗植物产生的种子数目增加。 · 植物种子或胚种的发育得到改善。 · 植物提早开花。 · 作物的成熟加快。 · 固CO₂作用增加。 · 植物的块茎增加。 · 豆科作物的菌根共生活动加强，使几乎所有生物体系的固氮作用明显提高。

此外，植物对一系列环境压力的承受力也将提高。例如，植物在弱的光强度下也可生长；庄稼的耐旱力将普遍提高；大气污染带来的危害作用将会减轻；植物的耐盐性和抗高温性也都将增强。确实，几乎说不出有哪一种植物的生物过程因CO₂浓度的增加而受到过抑制。所以，植物学家们都把大气CO₂的富集视为“施肥作用”也决非偶然的。

这里，不妨先让我们看看植物一切生命过程的核心部分——也就是极大部分的生物圈最终赖以生存的光合作用。最近的几项研究表明，CO₂浓度翻倍时，C₃类植物（占世界上农业产量的四分之三）的光合作用有可能增加50%。B. A. Kimball对过去64年里发表的70余篇文献提供的430余次实验观察结果作了分析，结论是，光合作用过程的最终产物——植物的产量——“随着大气CO₂浓度的翻倍将增加33%。”

可是，事情这里还只是个开头。因为假如植物的产量因此而增加33%，加上植物的水分蒸发减少34%，那么，植物对水的利用效率（即利用每单位量的水所得到的植物产量）本身将翻一番。NRC的报告认为，大气CO₂的浓度至少要翻四倍甚至六倍后再趋于稳定。有人实验证明，即使在此CO₂浓度上升范围内，树木、C₃和C₄植物对水的利用效率似仍将直线上升。

看来似乎难以令人置信，其实CO₂浓度增加带来的生物效益还不止这些。随着植物对水的利用效率不断提高，目前不适宜于耕作的半旱地带将成为有用之地。自然界中现在受到土壤水分不足限制的一些植物群也将大大扩大它们的生存地盘。确实，这将描绘出一幅世界上主要生态体系重新布局的壮观，绿茸茸的草地将展现在目前的沙漠之上，而现时的草地又将为高大的森林所替代。总之，今后的几十年乃至几百年内，随着这些变化的实现，地球大地的面貌将因此而大为改观。

结论

笔者所能得出的结论是，大气CO₂浓度的增加会带来非常有益的生物效应，这远远超过任何可能出现的有害气候影响。事实上现在也很难预测到什么有害的气候影响。依笔者个人之见，目前大气CO₂浓度的上升趋势应该受到鼓励，而不是受到压制。

[The Journal of Environmental Science，1984年6月]